(57)【要約】  本発明の一実施の形態によれば、サイズ剤を利用して炭素繊維をサイジング（ｓｉｚｉｎｇ）処理するステップと、前記サイジング処理された炭素繊維をカットするステップと、一面に第１樹脂がコーティングされた第１キャリヤフィルムの前記第１樹脂上に前記カットされた炭素繊維をまくステップと、第２樹脂がコーティングされた第２キャリヤフィルムの前記第２樹脂と前記第１樹脂の面を合致するステップとを含み、前記サイズ剤、前記第１樹脂及び前記第２樹脂は、同じ化合物を含む炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイズ剤を利用して炭素繊維をサイジング（ｓｉｚｉｎｇ）処理するステップと、
前記サイジング処理された炭素繊維をカットするステップと、
一面に第１樹脂がコーティングされた第１キャリヤフィルムの前記第１樹脂上に前記カットされた炭素繊維をまくステップと、
第２樹脂がコーティングされた第２キャリヤフィルムの前記第２樹脂と前記第１樹脂の面を合致するステップとを含み、
前記サイズ剤、前記第１樹脂及び前記第２樹脂は、同じ化合物を含む炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造方法。
【請求項２】
前記サイズ剤、前記第１樹脂及び前記第２樹脂は、ビニルエステル、不飽和ポリエステル及びエポキシのうち、少なくともいずれか一つを含む請求項１に記載の炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造方法。
【請求項３】
前記サイジング処理は、前記炭素繊維の幅に対して１．２〜５倍の幅になるように拡幅させた状態で行う請求項１に記載の炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造方法。
【請求項４】
前記炭素繊維のサイジング処理は、前記炭素繊維総重量に対して１〜１０重量％の前記サイズ剤をコーティングする請求項３に記載の炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造方法。
【請求項５】
炭素繊維をサイジング処理するための繊維前処理部と、
前記繊維前処理部において前処理された炭素繊維を利用してシートを製造するためのシート製造部とを含み、
前記繊維前処理部は、前記炭素繊維を供給するための繊維ロール、サイズ剤を含んでいる貯蔵槽及び炭素繊維をカットするためのカット機を順次に含み、
前記シート製造部は、キャリヤシートを供給するためのシートロール及び前記キャリヤシートの表面に樹脂コーティングのための樹脂を含む樹脂コーティング部を含み、
前記サイズ剤及び前記樹脂は、同じ化合物を含む炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造装置。
【請求項６】
前記サイズ剤及び前記樹脂は、ビニルエステル、不飽和ポリエステル及びエポキシのうち、少なくともいずれか一つを含む請求項５に記載の炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造装置。
【請求項７】
前記貯蔵槽は、複数のローラを含み、
前記複数のローラは、前記貯蔵槽の深さ方向に上下交互に配置されている請求項５に記載の炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造装置。
【請求項８】
前記繊維前処理部及び前記シート製造部は、それぞれ乾燥炉を含む請求項７に記載の炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造方法及び製造装置に関し、さらに詳細には、炭素繊維と樹脂との間の接着力と分散性が改善されることのできる炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ、Ｆｉｂｅｒ  ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  ｐｌａｓｔｉｃｓ）は、繊維のような強化材を樹脂に含浸させて機械的強度、耐熱性、張力または、耐衝撃性を強化したプラスチックを意味し、その種類には、バルクモールディングコンパウンド（ｂｕｌｋ  ｍｏｌｄｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）または、シートモールディングコンパウンド（ｓｈｅｅｔ  ｍｏｌｄｉｎｇ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ）などの種類がある。
【０００３】
その中で、シートモールディングコンパウンドは、常温常圧で成形が可能であり、酸、アルカリ、塩、溶剤類、海水などの腐食に対して強い抵抗性を持っているから、耐食性に優れており、かつ強い耐食性と強度、耐熱性及び耐腐食性に優れているから、半永久的な素材として各工業分野別工程において広く使用されている。
【０００４】
その中で、特に強化繊維として炭素繊維を使用する炭素繊維シートモールディングコンパウンドの活用が増大しつつあり、これは、炭素繊維がその他の強化繊維と比較する時に軽量と高剛性の特徴を有するためである。
【０００５】
しかしながら、一般に炭素繊維は、シートモールディングコンパウンドの樹脂として使用される不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂などとの密着性が低いから、その特性が十分に発現されず、均一な分散が難しいだけでなく、炭素繊維が数千〜数万本が集束しているから、炭素繊維のカッティングが困難であるという問題点がある。
【０００６】
そのため、炭素繊維をシートモールディングコンパウンドにさらに効果的に採用するための製造工程または製造装置の開発が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする技術的課題は、炭素繊維と樹脂との間の接着力と分散性が改善されることができ、かつ優れた機械的物性を有することのできる炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造方法及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために、本発明の実施の形態によれば、サイズ剤を利用して炭素繊維をサイジング（ｓｉｚｉｎｇ）処理するステップと、前記サイジング処理された炭素繊維をカットするステップと、一面に第１樹脂がコーティングされた第１キャリヤフィルムの前記第１樹脂上に前記カットされた炭素繊維をまくステップと、第２樹脂がコーティングされた第２キャリヤフィルムの前記第２樹脂と前記第１樹脂の面を合致するステップとを含み、前記サイズ剤、前記第１樹脂及び前記第２樹脂は、同じ化合物を含む炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造方法を提供する。
【０００９】
前記サイズ剤、前記第１樹脂及び前記第２樹脂は、ビニルエステル、不飽和ポリエステル及びエポキシのうち、少なくともいずれか一つを含むことができる。
【００１０】
前記サイジング処理は、前記炭素繊維の幅に対して１．２〜５倍の幅になるように拡幅させた状態で行うことができる。
【００１１】
前記炭素繊維のサイジング処理は、前記炭素繊維総重量に対して１〜１０重量％の前記サイズ剤をコーティングすることができる。
【００１２】
また、本発明の他の実施の形態によれば、炭素繊維をサイジング処理するための繊維前処理部と、前記繊維前処理部において前処理された炭素繊維を利用してシートを製造するためのシート製造部とを含み、前記繊維前処理部は、前記炭素繊維を供給するための繊維ロール、サイズ剤を含んでいる貯蔵槽及び炭素繊維をカットするためのカット機を順次に含み、前記シート製造部は、キャリヤシートを供給するためのシートロール及び前記キャリヤシートの表面に樹脂コーティングのための樹脂を含む樹脂コーティング部を含み、前記サイズ剤及び前記樹脂は、同じ化合物を含む炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造装置を提供する。
【００１３】
前記貯蔵槽は、前記炭素繊維を拡幅させるための複数のローラを含み、前記複数のローラは、前記貯蔵槽の深さ方向に上下交互に配置されていることができる。
【００１４】
前記繊維前処理部及び前記シート製造部は、それぞれ乾燥炉を含むことができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の実施の形態による炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造方法及び製造装置によれば、製造された炭素繊維シートモールディングコンパウンドの炭素繊維と樹脂との間の接着力と分散性が改善されることができ、かつ優れた機械的物性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態による炭素繊維シートモールディングコンパウンド製造装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態によって製造された炭素繊維シートモールディングコンパウンドの断面図である。
【図３】図３は、本発明の比較例（Ａ）及び実施の形態（Ｂ）によって製造された炭素繊維シートモールディングコンパウンドの断面のＳＥＭ写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施の形態と比較例を通じて本発明の構成及びそれによる効果を詳細に説明しようとする。しかしながら、本実施の形態は、本発明をより具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【実施例】
【００１８】
実施例
図１に示す本発明の炭素繊維シートモールディングコンパウンド製造装置を利用して、炭素繊維シートモールディングコンパウンドを製造した。
【００１９】
このとき、炭素繊維は、既にサイジング処理されている炭素繊維を採用し、サイズ剤及び樹脂は、互いに同様にビニルエステルを採用して製造し、炭素繊維にコーティングされるサイズ剤は、炭素繊維の５重量％でコーティングし、カッティングされる炭素繊維の長さは、２インチに設定した。
【００２０】
比較例
炭素繊維を繊維前処理部を通過させなくて追加的なサイジング処理を行わないことを除いては、実施の形態と同じ方法で炭素繊維シートモールディングコンパウンドを製造した。
【００２１】
実験例
１）接着力測定
実施の形態及び比較例によって製造された炭素繊維シートモールディングコンパウンドの樹脂と炭素繊維との間の界面接着力を層間せん断強度及び断面ＳＥＭ撮影を通じて確認した。
【００２２】
２）機械的物性測定
実施の形態及び比較例によって製造された炭素繊維シートモールディングコンパウンドの機械的物性として、屈曲強度及びシャルピー-衝撃強度を測定し、屈曲強度は、ＪＩＳ  Ｋ６９１１に基づいて測定し、シャルピー−衝撃強度は、ＪＩＳ  Ｋ７０７７に基づいて測定した。
【００２３】
３）炭素繊維分散性測定
実施の形態及び比較例によって製造された炭素繊維シートモールディングコンパウンドに含まれた炭素繊維の前処理を通じた炭素繊維分散性を測定するために、炭素繊維シートモールディングコンパウンドを５０ｃｍ×５０ｃｍサイズに切り取り、表面を下記のように９等分して各部分の炭素繊維体積含有量を測定した。
2019509199.tif 000003
【００２４】
その結果を下記の表１、表２及び図３に表した。
【００２５】
【表１】
2019509199.tif 000004
【００２６】
【表２】
2019509199.tif 000005
【００２７】
まず、表１及び図３に示したように、実施の形態による炭素繊維シートモールディングコンパウンドは、比較例による炭素繊維シートモールディングコンパウンドに比べて、炭素繊維と樹脂との間の接着力が向上し、これにより機械的物性に優れたことを確認することができた。
【００２８】
また、表２に示したように、実施の形態による炭素繊維シートモールディングコンパウンドは、各部分別炭素繊維含有量が比較例による炭素繊維シートモールディングコンパウンドに比べて均一に分布したことを確認することができた。
【００２９】
（発明を実施するための形態）
以下、添付した図面を参照して、本発明の様々な実施の形態に対して本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、様々な異なる形態で具現化されることができ、ここで説明する実施の形態に限定されない。
【００３０】
本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略し、明細書全体を通じて同一または類似した構成要素に対しては同じ参照符号を付することにする。
【００３１】
また、図面に示した各構成の大きさ及び厚みは、説明の便宜のために任意に示しており、本発明が必ず図示に限定されるものではない。図面において複数の層及び領域を明確に表現するために厚みを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のために、一部層及び領域の厚みを誇張して示した。
【００３２】
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
【００３３】
以下、図１を参考にして、本発明の実施の形態による炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造方法及び製造装置について詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態による炭素繊維シートモールディングコンパウンド製造装置の断面図である。
【００３５】
図１に示すように、本発明の実施の形態による炭素繊維シートモールディングコンパウンド製造装置は、繊維前処理部１０００及びシート製造部２０００を含む。
【００３６】
まず、繊維前処理部１０００について詳細に説明する。
【００３７】
本発明の実施の形態による繊維前処理部１０００は、炭素繊維シートモールディングコンパウンドに含まれる炭素繊維１３をサイジング（ｓｉｚｉｎｇ）するための構成として、炭素繊維１３が巻き取られている繊維ロール１０、サイズ剤５０を含んでいる貯蔵槽１００、第１乾燥炉２００及びサイジング炭素繊維１５をカットするためのカット機３００を含むことができる。
【００３８】
図１では、便宜上、炭素繊維１３が巻き取られている繊維ロール１０を一つだけ示しているが、繊維ロール１０は、複数配置されることができる。
【００３９】
繊維ロール１０に巻き取られている炭素繊維１３は、フィラメントを集束してストランド（ｓｔｒａｎｄ）化させるために、予め一回以上サイジング処理されている炭素繊維１３であっても良い。
【００４０】
繊維ロール１０に巻き取られている炭素繊維１３は、サイジング処理のためにサイズ剤５０を含んでいる貯蔵槽１００に供給されてサイジング処理されることができる。
【００４１】
貯蔵槽１００は、繊維ロール１０から供給された炭素繊維１３のストランド（ｓｔｒａｎｄ）を拡幅して、炭素繊維１３のフィラメントの間にサイズ剤５０が容易に含浸されうるようにするための複数のローラ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃと炭素繊維１３のサイジング処理のためのサイズ剤５０とを含むことができる。
【００４２】
複数のローラ１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、貯蔵槽１００の深さ方向に上下交互に配置されることができる。
【００４３】
図１では、便宜上、相対的に下部に配置された第１ローラ１００ａ及び第３ローラ１００ｃと、第１ローラ１００ａと第３ローラ１００ｃとの間において相対的に上部に配置された第２ローラ１００ｂを示したが、工程上必要によってさらに配置されることができる。
【００４４】
貯蔵槽１００のサイズ剤５０は、後述する炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造時に使用される樹脂と同じ樹脂を含むことができる。
【００４５】
このような、サイズ剤５０には、ビニルエステル、不飽和ポリエステル及びエポキシのうち、少なくともいずれか一つを含むことができる。
【００４６】
貯蔵槽１００内で炭素繊維１３のサイジング処理は、貯蔵槽１００内で炭素繊維１３を、供給される炭素繊維１３の幅に対して１．２〜５倍になるように拡幅させて、炭素繊維１３のフィラメントの間にサイズ剤５０が均一に含浸されうるように行うことができる。
【００４７】
これは、炭素繊維１３を１．２倍未満に拡幅させる場合、炭素繊維１３のフィラメントの間にサイズ剤５０が均一に含浸され難く、５倍を超過するように拡幅させる場合、炭素繊維１３の張力が高くなって炭素繊維１３の損傷が発生できるから、物性の低下または工程進行上の問題が発生できるからである。
【００４８】
炭素繊維１３をサイジング処理する時に炭素繊維にコーティングされるサイズ剤５０は、炭素繊維１３の総重量に比べて１〜１０重量％でありうる。
【００４９】
これは、サイズ剤５０が１重量％未満にコーティングされる場合、後に炭素繊維シートモールディングコンパウンドの樹脂との接着力または炭素繊維シートモールディングコンパウンドのカッティング効率が改善され難く、１０重量％を超過してコーティングされる場合、コーティングされたサイズ剤５０の乾燥が難しく、乾燥された炭素繊維１５の柔軟性が低下して破られる問題が発生できるからである。
【００５０】
貯蔵槽１００でサイズ剤５０によりコーティング処理された炭素繊維１３は、第１乾燥炉２００を通過しながら乾燥されることができる。
【００５１】
第１乾燥炉２００を通過したサイジング炭素繊維１５は、炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造工程に適したサイズにカットするためにカット機３００に移送されてカットされて、シート製造部２０００に供給されることができる。
【００５２】
このとき、炭素繊維１５は、１〜１０ｃｍの長さにカットされることができる。
【００５３】
次に、シート製造部２０００について詳細に説明する。
【００５４】
本発明の実施の形態によるシート製造部２０００は、第１キャリヤシート２３を供給する第１シートロール２０と第１キャリヤシート２３の表面に第１樹脂２７をコーティングするための第１樹脂コーティング部２５、第２キャリヤシート３３を供給する第２シートロール３０と第２キャリヤシート３３の表面に第２樹脂３７をコーティングするための第２樹脂コーティング部３５、第２乾燥炉４００及び製造された炭素繊維シートモールディングコンパウンド５０を回収するための回収槽５００を含むことができる。
【００５５】
まず、第１シートロール２０に巻き取られている第１キャリヤシート２３は、第１樹脂コーティング部２５を通過しながら、第１キャリヤシート２３の表面に第１樹脂２７がコーティングされてシート製造部２０００に供給されることができる。
【００５６】
第１樹脂２７がコーティングされた第１キャリヤシート２３の上にカット機３００でカットされた炭素繊維１７がまかれて第１樹脂２７に含浸されることができる。
【００５７】
次に、第２シートロール３０に巻き取られている第２キャリヤシート３３は、第２樹脂コーティング部３５を通過しながら、第２キャリヤシート３３の表面に第２樹脂３７がコーティングされて、シート製造部２０００に供給されることができる。
【００５８】
このとき、第１樹脂２７及び第２樹脂３７は、互いに対向して合致するように供給され、第１樹脂２７及び第２樹脂３７は、互いに同じ樹脂であっても良く、互いに異なる樹脂であっても良い。
【００５９】
第１樹脂２７及び第２樹脂３７は、上述のサイズ剤５０と同じ化合物を含むことができ、ビニルエステル、不飽和ポリエステル及びエポキシのうち、少なくともいずれか一つを含むことができる。
【００６０】
このように第１キャリヤシート２３と第２キャリヤシート３３とが下上に合致されたシート４５は、図２に示したように、第１キャリヤシート２３と第２キャリヤシート３３との間で第１樹脂２７及び第２樹脂３７にカットされた炭素繊維１７が含浸された形態をなすことができる。
【００６１】
シート４５は、第２乾燥炉４００に移動して乾燥されることができる。
【００６２】
第２乾燥炉４００の内部には、必要によってシート４５を圧着するためのベルト４２０のような構造物をさらに含むことができる。
【００６３】
第２乾燥炉４００においてフィルム４５は、半硬化状態で乾燥されることができ、第２乾燥炉４００で乾燥過程により炭素繊維シートモールディングコンパウンド５０が製造されて、回収槽５００に保管されることができる。
【００６４】
以上のように、本発明実施の形態による炭素繊維シートモールディングコンパウンドの製造方法及び製造装置によれば、製造された炭素繊維シートモールディングコンパウンドの炭素繊維と樹脂との間の接着力と分散性が改善されることができ、かつ優れた機械的物性を有することができる。
【００６５】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態もまた、本発明の権利範囲に属する。
【図１】
2019509199.tif 000006
【図２】
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【図３】
2019509199.tif 000008
【国際調査報告】
2019509199.tif 000009
2019509199.tif 000010
2019509199.tif 000011
2019509199.tif 000012